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当既能精确定位又能减振的联轴器

发布时间:2021-09-10 21:18:04 阅读: 来源:pp再生料厂家
当既能精确定位又能减振的联轴器

既能精确定位又能减振的联轴器

摘要:机床的精确定位要求传动必须有扭向的刚度,亦意味着必须采用刚性联轴器,但绝大多数的刚性联轴器又往往不能减振。现在向大家介绍一种既有刚性又能减振的联轴器。

关键词:联轴器;定位;减振

当今的直线传动,如CNC机床、激光切割机、铣床和机械手等均要求既定位精确,同时操作时无振动、运转平稳。在设计时,设计师会逐一选择优质的元件——电机、滚珠丝杠、主轴、工作台和轴承、联轴器,并校核每个元件,确保整个传动系统有相当的刚度,以达到精确定位的要求。设计师可能选择螺旋形或波纹管联轴器,因为其扭向刚度是爪型联轴器的5~6倍,而担心爪型联轴器有弹性变形,不能保证精度。下面的对比计算可以消除人们对此的顾虑,爪形联轴器的刚度对于整个系统的影响远远小于“5~6”倍的概念。

整个传动系统还要求消除振动,振动可能造成定位的偏差,破坏工件的表面。在这种情况下,采用中间弹性体的爪形联轴器,可减少振动,在刚度和减振中达到一个完美的平衡点。

爪型联轴器国内通常称为“梅花型联轴器”。由两个全等铝制或钢制的爪形轴套,在圆周方向上相互错开半设置5个功能相同的界面个齿距,其间装有一个预应力的渐开线梅花形弹性体,见图1。弹性体内的预应力可保证正、反向传动无齿隙,定位精确。同时,梅花型另外需要注意在带电状态下弹性体可以吸收传动中产生的振动。爪型联轴器(Rotex GS)中的弹性体可以减震,产量高同时这种扭向刚性联轴器保证精确的定位。

1 传动刚度的计算

下面比较两种联轴器在传动系统中的扭向刚度:金属波纹管联轴器和爪形联轴器,内径均为32mm。

机床的传动系统包括伺服电机,直线运动机构,如:滚珠丝杠(由固定轴承、球形主轴、主轴螺母和滑动轴承组成),传动参数如下:

伺服电机的扭向刚度 Cm=90,000Nm/rad

爪形联轴器的扭向刚度 Cj=21,000Nm/rad

波纹管联轴器的扭向刚度 Cb=116,000Nm/rad

主轴键高 h=10mm

球形主轴根部直径 d=28.5mm

主轴长度 L=800mm

固定轴承的轴向刚度 Rbrg=750N/μm

主轴螺母轴向刚度 Rn=1060N/μm

减速比 i=1

直线传动的刚度 Cf=165

第一步:计算传动系统轴向刚度,然后转换成扭向刚度。主轴的轴向刚度:

滚珠丝杠(主轴、轴承、螺母)总的轴向刚度:

将轴向刚度转换成扭向刚度:

第二步:计算爪形联轴器或波纹管联轴器时传动系统的刚度:爪形联轴器总有可能使石墨烯成为功能性更强的材料的刚度

带配波纹管联轴器总的刚度:

通过以上计算比较,我们可以看出在两种不同系统中,总的刚度值仅差1.28%,远小于两种联轴器刚度5~6倍的差异。

在许多应用场合中,设计师为达到消除在通常刚性传动中令人头痛的振动难题,宁可牺牲1~2%的扭向刚度。通过上述比较计算,选择采用爪形联轴器可轻易地达到这个目的。

2 在直线运动中的应用

PHD公司是一家著名的生产液压、气动、自动化设备的厂家,生产系列切向皮带滑动装置,主要用于直线性多工位定位。这些装置在应用中通常由伺服电机或步进电机驱动。在过去,皮带滑动装置,通常在电机和皮带滑轮之间采用单体式螺旋型联轴器,然而由于伺服电机和螺旋型联轴器配合会产生共振的问题,PHD公司只好寻找别的联轴器。但是皮带滑动装置内的空间十分有限,因此许多联轴器无法选用。

PHD最终选择了ROTEX-GS系列的联轴器,这种联轴器具有的优点是螺旋联轴器所没有的。这种爪型联轴器的主要优点是在减振特性方面的改变,足以使系统的自然频率偏离与一般联轴器所困扰的共振频率。PHD的工程师还列举了其它许多优点,包括正反向传动无间隙、一对固定螺丝消除轴向滑动、更长的寿命等。另外,这种联轴器的中间弹性体有不同的硬度供选择,以适合不同角向和轴向的位移。

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